1. Цель и задачи работы. Целью работы является уметь оценить степень загрязнения почв.
Задачей работы является произвести расчет по определению интегрального показателя полиэлементного загрязнения почв, а также определить комплексный санитарно – гигиенический показатель почв.
2.Теоретическая часть. В качестве основных показателей для оценки экологического состояния земельных ресурсов используются показатели химического загрязнения почв и их санитарного состояния, показатели интенсивности развития геологических процессов.
Показатели химического загрязнения почв. Литологический состав почво-образующих пород играет существенную роль для формирования вещественного состава почв, а также замедляет, ускоряет или останавливает миграцию загрязняющих веществ по почвенному профилю. Минеральный состав глин в почвах отражает тенденцию изменения свойств в результате загрязнения: изменяются катионно-обменные и кислотно-основные свойства; окислительно-восстановительные свойства; биологическая активность почв. При определении минералогического состава почв целесообразно выделять три группы: коалинитовые, смешанно-слойные, монтмориллонитовые. Реакция почв на загрязняющие вещества различается существенно. В большей степени загрязняются почвы, содержащие в своем составе монтмориллонит или смешанно-слойные минералы, в которых содержание монтмориллонита больше 80%.
Химические элементы в почвах содержатся в живых организмах (биогенная форма нахождения), минералах, водных (почвенных) растворах (сорбированной форме), газовых смесях. Биохимические процессы, которые происходят в почвах, и процессы образования и обмена химических элементов в живых организмах взаимосвязаны как отдельные этапы круговорота веществ. Микроэлементы в почвах играют роль катализаторов в развитии растений, особенно в процессе фотосинтеза и усвоения азота.
Прямое поступление вредных веществ через почву в организм человека невелико, ограничено случаями прямого контакта с ней (производство земляных работ, почвенная пыль, игра детей в песочницах и тд.). Химические вещества попавшие в почву, поступают в организм человека главным образом через контактирующие с почвой среды: воду, воздух и растения по биологическим цепям (почва – растение-человек, почва-растение - животное-человек и т.д.). По этому принципы нормирования ПДК химических элементов в почве значительно отличаются от принципов положенных в основу их нормирования для других компонентов природы. ПДК загрязняющих веществ в почве – максимальная разовая доля загрязняющего почву вещества, не вызывающая прямого или косвенного влияния, включая отдельные последствия на окружающую среду и здоровье человека (ГОСТ 17.4.1.03-84). Например, ПДК пестицидов в почве представляет собой максимальное содержание остатков пестицидов, при котором они мигрируют в сопредельные среды в количествах, не превышающих гигиенические нормативы, а также не влияют отрицательно на биологическую активность самой почвы. Помимо ПДК, в нормировании экологического состояния почв используют временный норматив – ОДК – предельно ориентировочно допустимое количество химического вещества, которое получают расчетным путем. ОДК пересматриваются каждые три года или заменяют на ПДК.
Для определения ПДК загрязняющих почву веществ используются тесты, учитывающие шесть показателей вредного воздействия: органолептический, общесанитарный, токсикологический, миграционно-водный, миграционно- воздушный и фитоаккумулятивный (транслокационный). Общесанитарный показатель вредности для почвы характеризует влияние химического вещества на самоочищающую способность почвы и почвенный микробиоценоз в количествах, не изменяющих указанные процессы. Фитоаккумулятивный показатель вредности характеризует способность химического вещества переходить из пахотного слоя почвы через корневую систему растений и накапливаться в его зеленой массе и плодах в количестве, не превышающем ПДК для данного вещества в пищевых продуктах. Миграционно-водный и воздушный показатели вредности характеризуют способность химического вещества,переходить из пахотного слоя почвы в атмосферный воздух, поверхностные и подземные воды в количестве, при миграции которого не происходит превышение величины ПДК в этих компонентах. В эксперименте используется эталонная дерново-подзолистая почва. Минимальная из шести допустимых концентраций принимается в качестве ПДК. Теоретически обоснована необходимость нормирования таких стабильных химических веществ: соли тяжелых металлов (свинец, мышьяк, медь, ртуть и др.) и микроэлементы (молибден, цинк, бор, ванадий и др.), которые применяются как микроудобрения в сельском хозяйстве. Таким образом, при установлении ПДК для почв реализованы как гигиенические (через токсикологический показатель), так и некоторые экологические (через другие показатели) подходы к нормированию содержания загрязняющих веществ.
Количественные показатели содержания химических веществ и их соединений в почве, зависит от вида землепользования (населенный пункт, курорты и зоны отдыха, территории предприятий сельхозугодий и тд.
В результате хозяйственной деятельности в почву попадает большое количество токсических веществ, которые имеются в почвах в небольших количествах (фоновые содержания) или вообще для почв не характерны. Загрязнение почв токсичными веществами при различных видах техногенной нагрузки, согласно ГОСТ 17.4.3.06-86 определяют по коэффициенту концентрации (Нц), который определяется по формулам:
или 
(2.1)
где С – общее содержание загрязняющего вещества; СФ – среднее фоновое содержание загрязняющего вещества; СПДК – содержание предельно-допустимых количеств загрязняющего вещества.
Интегральный показатель полиэлементного загрязнения почв определяется по формуле:
(2.2)
∑С і - сумма контролируемых загрязняющих веществ; ∑С фі - сумма предельно-допустимого (фонового) содержания загрязняющих веществ
Если: Н Cj ≤8 - почва чистая, 8 < Н Cj ≤16 – почва очень слабо загрязненная, 16 < Н Cj ≤32 – почва слабо загрязненна, 32< Н Cj ≤64 – почва загрязненная, 64 < Н Cj ≤ 128 – почва сильно загрязненная, Н Cj >128 – почва катастрофически загрязненная.
При характеристике экологического состояния почв определяется загрязнение почв на всю их мощность, с учетом динамики поступления загрязняющих веществ во времени. В настоящее время в качестве комплексного показателя токсического загрязнения почвы используется также показатель фитотоксичности. Фитотоксичность – биотестовый интегральный показатель, который отражает свойство загрязненной почвы подавлять прорастание семян, рост и развитие высших растений. Этот показатель начали применять наряду с традиционными показателями при разработке ПДК гербицидов с 1982 года.
Санитарно-гигиенические показатели. Кроме характеристики химического загрязнения почв для всех видов земель единого государственного фонда проводится контроль санитарного их состояния. Под санитарным состоянием понимается совокупность физико-химических и биологических свойств почвы, определяющих ее безопасность в эпидемиологическом и гигиеническом отношении (ГОСТ 17.4.2.01-81). Цель контроля – предупреждение загрязнения почв бытовыми и промышленными выбросами и отходами, а также веществами, целенаправленно применяемыми в сельском хозяйстве. Оценка санитарного состояния почв проводится по оценочным показателям – санитарное число, бактериальное загрязнение, санитарно-гельминтологические и санитарно энтомологические показатели (таблица 2.1).
Санитарное число – частное от деления количества почвенного белкового азота (в мг на 100 г абсолютно сухой почвы) на количество органического азота (в тех же единицах). При внесении в почву органических удобрений содержание органического азота увеличивается и, следовательно, изменяется соотношение между ним и белковым азотом.
Таблица 2.1
Комплексный санитарно-гигиенический показатель почв
| Качество почв | Число личинок и куколок мух (0,25 м2) | Число гельминтов (кг) | Число колититр | Титр анаэробов | Санитарное число |
| Чистая | >1 | >0,1 | 1-0,98 | ||
| Мало-загрязненная | до 10 | 1-10 | 1-0,01 | 0,1-0,01 | 0,98-0,85 |
| загрязненная | 10,25 | 11-100 | 0,01-0,001 | 0,01-0,0001 | 0,85-0,7 |
| Сильно-загрязненная | >25 | >100 | <0,001 | <0,0001 | <0,7 |
Присутствие некоторых микроорганизмов в почвах указывает на специфическое органическое загрязнение. В качестве показателей бактериального загрязнения почвы используют: титр кишечной палочки (В.Сolli) и титр одного из анаэробов (B.Perfin gens). Эти бактерии поступают в почву с фекалиями. Санитарно-гельминтологическим показателем состояния почв является число яиц гельминтов в 1 кг почв, а санитарно-энтомологическим – наличие личинок и куколок мух на 0,25 м2 ее поверхности.
В перечень контролируемых показателей при оценке санитарного состояния почв также входят: показатели концентраций аммонийного и нитратного азота,, хлоридов, остаточных количеств пестицидов и других загрязняющих веществ (тяжелых металлов, нефти и нефтепродуктов, фенолов, сернистых соединений), канцерогенов, радиоактивных веществ, макро- и микроудобрений.
В разрушении химических веществ в почве участвуют различные группы организмов, в том числе бактерии, грибы, актиномицеты, растения. Большинство микроорганизмов, обитающих в почвах – сапрофаги. Они не приносят вреда животным организмам, а лишь способствуют разложению мертвого органического вещества. Вместе с тем, постоянно или временно в почвах обитают патогенные, болезнетворные микроорганизмы, возбудители инфекционных заболеваний – клостридии. Некоторые из них, главным образом постоянные обитатели почвы, образуют спору – плотную оболочку, обеспечивающую им устойчивость к различным неблагоприятным воздействиям внешней среды: высокой температуре, высыханию, высокому давлению, отсутствию питательных веществ. К патогенным бактериям относятся возбудители: сибирской язвы (особенно в черноземах и каштановых почвах); газовой гангрены, столбняка, ботулизма и т.д.
Показатели интенсивности развития геологических процессов. На состояние земельных ресурсов оказывают большое влияние экологически неблагоприятные экзогенные процессы, которые часто развиваются на фоне эндогенных процессов. Экзогенные и эндогенные процессы часто взаимосвязаны друг с другом и причинно обусловлены. Степень пораженности территории геологическими процессами определяется индексом пораженности:
(2.3)
где Р – индекс пораженности; Sі- площадь участка, пораженного геологическим процессом, S – площадь территории, для которой проводится оценка.
3.Ход работы. Расчеты по определению интегрального показателя загрязнения производить по формулам 2.1 и 2.2. Исходные данные для расчета приведены в таблице 3.1,3.2.
Таблица 3.1
Содержание и санитарные нормы концентраций некоторых химических ингредиентов в почве, мг/кг почвы
| Ингредиент | Подвижная форма | Водо-раство-римая форма | Валовое содержание | ||||||||
| CO | F | Cr | F | Бенз(а)пирен | Кислоты (орто- ,мета-,пара-) | As | Hg | Pb | Pb+Hg | ||
| ПДК | 5,0 | 2,0 | 6,0 | 10,0 | 0,02 | 0,3 | 2,0 | 2,1 | 32,0 | 120+1 | |
| № пп задания | 3,1 | 1,5 | 4,8 | 10,2 | 0,02 | 0,9 | 2,5 | 2,0 | |||
| 9,8 | 1,9 | 5,7 | 9,6 | 0,01 | 0,2 | 2,1 | 2,2 | ||||
| 1,2 | 2,1 | 6,0 | 9,0 | 0,01 | 0,1 | 1,0 | 2,0 | ||||
| 7,3 | 2,7 | 5,9 | 8,4 | 0,02 | 0,4 | 1,7 | 2,0 | ||||
| 4,5 | 3,0 | 4,0 | 6,6 | 0,02 | 0,3 | 1,9 | 1,9 | ||||
| 6,4 | 2,0 | 7,0 | 7,8 | 0,01 | 0,4 | 2,1 | 1,8 | ||||
| 3,1 | 1,8 | 7,8 | 9,7 | 0,02 | 0,2 | 1,0 | 1,7 | ||||
| 2,3 | 1,0 | 2,9 | 10,2 | 0,02 | 0,3 | 1,0 | 2,0 | ||||
| 0,5 | 1,2 | 5,6 | 10,7 | 0,01 | 0,2 | 2,2 | 2,1 | ||||
| 7,0 | 1,7 | 6,7 | 9,9 | 0,01 | 0,4 | 2,3 | 2,1 | ||||
| 11,0 | 2,5 | 7,2 | 9,1 | 0,03 | 0,4 | 1,9 | 2,5 | ||||
| 0,9 | 3,4 | 8,4 | 9,0 | 0,04 | 0,3 | 1,8 | 2,4 | ||||
| 4,5 | 2,1 | 9,0 | 10,0 | 0,01 | 0,4 | 1,6 | 1,9 | ||||
| 7,2 | 8,0 | 12,0 | 10,8 | 0,02 | 0,5 | 1,4 | 1,8 | ||||
| 3,5 | 3,0 | 5,7 | 12,0 | 0,04 | 0,6 | 1,5 | 2,6 | ||||
| 6,0 | 1,6 | 4,2 | 14,0 | 0,01 | 0,2 | 1,9 | 2,1 | ||||
| 5,0 | 1,9 | 4,9 | 10,1 | 0,02 | 0,3 | 2,1 | 1,7 | ||||
| 4,0 | 2,0 | 5,8 | 9,0 | 0,01 | 0,2 | 2,0 | 1,8 | ||||
| 4,9 | 2,1 | 6,0 | 9,5 | 0,03 | 0,2 | 2,0 | 1,7 | ||||
| 5,9 | 3,0 | 6,5 | 9,3 | 0,04 | 0,3 | 1,7 | 1,8 | ||||
| 7,0 | 2,0 | 2,1 | 10,6 | 0,01 | 0,4 | 1,6 | 1,9 | ||||
| 0,8 | 1,7 | 2,9 | 10,1 | 0,01 | 0,7 | 1,4 | 2,0 | ||||
| 9,0 | 1,3 | 3,0 | 11,0 | 0,02 | 0,9 | 2,0 | 2,1 | ||||
| 4,0 | 0,8 | 3,7 | 12,0 | 0,03 | 0,1 | 2,7 | 2,7 | ||||
| 5,4 | 0,9 | 5,8 | 10,2 | 0,03 | 0,1 | 2,2 | 2,1 | ||||
| 3,2 | 2,4 | 8,0 | 8,7 | 0,02 | 0,2 | 2,3 | 1,9 | ||||
| 7,8 | 3,2 | 7,0 | 9,9 | 0,01 | 0,4 | 2,0 | 1,6 | ||||
| 6,5 | 7,6 | 0,5 | 9,3 | 0,01 | 0,2 | 2,1 | 1,4 | ||||
| 11,0 | 0,9 | 0,9 | 9,0 | 0,01 | 0,3 | 1,9 | 1,9 | ||||
| 3,0 | 2,7 | 6,1 | 10,0 | 0,01 | 0,4 | 1,8 | 2,0 |
Продолжение таблицы 3.1
| Ингредиент | Сернистые соединения | Другие ингредиенты | ||||||||
| Элементарная сера | Сероводород | Серная кислота | Стирол | Формальдегид | Хлористый калий | Cr5+ | Ацетальдегид | Суперфосфат (Р2О5) | ||
| ПДК | 160,0 | 0,4 | 160,0 | 0,1 | 7,0 | 0,05 | 10,0 | |||
| № пп задания | 0,3 | 0,1 | 6,5 | 0,04 | 9,8 | |||||
| 0,4 | 0,05 | 6,8 | 0,03 | 9,5 | ||||||
| 0,2 | 0,06 | 7,1 | 0,05 | 9,5 | ||||||
| 0,5 | 0,11 | 7,0 | 0,05 | 9,9 | ||||||
| 0,3 | 0,15 | 6,1 | 0,06 | 10,2 | ||||||
| 0,2 | 0,17 | 6,4 | 0,07 | 10,7 | ||||||
| 0,4 | 0,10 | 6,9 | 0,05 | 10,4 | ||||||
| 0,5 | 0,09 | 7,0 | 0,08 | 9,9 | ||||||
| 0,2 | 0,07 | 7,9 | 0,01 | 9,1 | ||||||
| 0,6 | 0,12 | 8,5 | 0,01 | 9,0 | ||||||
| 0,3 | 0,17 | 6,0 | 0,02 | 8,0 | ||||||
| 0,4 | 0,01 | 4,9 | 0,03 | 7,6 | ||||||
| 0,1 | 0,01 | 5,1 | 0,04 | 8,9 | ||||||
| 0,1 | 0,11 | 3,0 | 0,05 | 9,5 | ||||||
| 0,1 | 0,12 | 2,1 | 0,04 | 4,8 | ||||||
| 0,2 | 0,01 | 3,9 | 0,03 | 9,0 | ||||||
| 0,2 | 0,01 | 4,7 | 0,06 | 10,0 | ||||||
| 0,2 | 0,07 | 7,3 | 0,06 | 9,9 | ||||||
| 0,3 | 0,05 | 8,4 | 0,05 | 10,1 | ||||||
| 0,4 | 0,06 | 9,0 | 0,05 | 9,0 | ||||||
| 0,5 | 0,08 | 9,6 | 0,04 | 9,7 | ||||||
| 0,6 | 0,09 | 5,1 | 0,04 | 10,2 | ||||||
| 0,4 | 0,07 | 6,2 | 0,03 | 10,9 | ||||||
| 0,4 | 0,06 | 7,0 | 0,03 | 11,0 | ||||||
| 0,5 | 0,01 | 7,0 | 0,07 | 10,0 | ||||||
| 0,7 | 0,12 | 7,1 | 0,08 | 9,4 | ||||||
| 0,2 | 0,14 | 7,2 | 0,07 | 9,4 | ||||||
| 0,1 | 0,02 | 6,5 | 0,06 | 9,0 | ||||||
| 0,2 | 0,07 | 4,8 | 0,05 | 10,0 | ||||||
| 0,1 | 0,08 | 5,0 | 0,06 | 10,0 |
Таблица 3.2
Исходные данные к расчету химического загрязнения почв
| № пп задания | Число личинок и куколок мух (0,25 м2) | Число гельминтов (кг) | Число колититр | Титр анаэробов | Санитарное число |
| 0,002 | 0,001 | 0,75 | |||
| 0,8 | 0,01 | 0,99 | |||
| 0,001 | 0,0001 | 0,65 | |||
| 0,01 | 0,0001 | 0,75 | |||
| 1,1 | 0,15 | 0,99 | |||
| 0,01 | 0,01 | 0,95 | |||
| 1,0 | 0,01 | 0,90 | |||
| 0,001 | 0,0001 | 0,79 | |||
| 0,001 | 0,00004 | 0,69 | |||
| 0,01 | 0,2 | 0,60 | |||
| 0,1 | 0,1 | 0,99 | |||
| 0,001 | 0,0001 | 0,84 | |||
| 0,1 | 0,2 | 0,99 | |||
| 0,01 | 0,001 | 0,90 | |||
| 0,15 | 0,1 | 0,65 | |||
| 0,22 | 0,3 | 0,7 | |||
| 0,001 | 0,001 | 0,79 | |||
| 0,13 | 0,001 | 0,80 | |||
| 0,001 | 0,01 | 0,99 | |||
| 0,1 | 0,01 | 1,0 | |||
| 0,7 | 0,05 | 0,97 | |||
| 0,5 | 0,09 | 0,82 | |||
| 0,02 | 0,3 | 0,99 | |||
| 0,01 | 0,01 | 0,64 | |||
| 0,001 | 0,001 | 0,71 | |||
| 0,01 | 0,012 | 1,0 | |||
| 0,91 | 0,3 | 0,95 | |||
| 0,001 | 0,7 | 0,99 | |||
| 0,7 | 0,0001 | 0,96 | |||
| 0,1 | 0,01 | 0,89 |